中国煤电大气排污调控策略及经济影响研究

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节能减排、绿色发展已成为全世界各国的发展共识。习近平总书记指出:“生态环境是关系中国共产党的使命宗旨的重大政治问题,也是关系中国民生的重大社会问题”。当前,中国严重的大气污染已成为经济发展和民众幸福感提升的主要阻碍因素和需要着力解决的突出环境问题。燃煤发电大气排污是中国大气污染的重要贡献者,“十三五”之初,燃煤发电产生的二氧化硫、二氧化氮和烟粉尘排放量对中国相关大气污染物排放的贡献度已分别达32.49%、42.14%和18.47%。控制燃煤发电大气排污对中国实施绿色发展战略、打赢蓝天保卫战至关重要。中国“多煤、贫油、缺气”的一次能源资源禀赋决定了煤炭将长期占据中国一次能源主体地位;出于能源安全及用电经济性考虑,效法德国将燃煤火电迁至邻国的做法不可取;在以风电、光伏发电为代表的可再生能源解决可靠性和技术经济性问题前,燃煤发电还将长期成为中国发电主力。与此同时,随着中国经济转型发展,电气化和城镇化程度不断提高,产生巨大的用电需求。在此背景下,控制中国燃煤发电大气排污面临着严峻形势,迫切需要采取调控措施。应该清醒认识到,中国燃煤发电大气排污是一个系统的问题,其成因包括诸多社会、经济、技术因素,这些因素的作用机制较为复杂,相关调控策略又将产生经济、社会、环境等方面的综合效果。本文研究遵循“提出问题-探寻原因-分析机制-提出对策-讨论对策有效性、可行性-分析对策的宏观影响”这一逻辑思维主线,将研究分解为四个步骤,将中国燃煤发电大气排污这一系统问题分解为若干个子问题,并运用相应的数理工具方法求解每个子问题。在这一逻辑思路框架下,本文作了以下有一定创新性的研究:第一,创新扩展和改进STIRPAT模型,识别中国燃煤发电大气排污的主要驱动因素。在已有研究的基础上,结合统计数据和生产实际,扩展和改进驱动因素识别模型。根据模型假设与统计数据的拟合性判别结果,本文综合运用广义最大熵法和偏最小二乘法,估计驱动因素识别模型的参数。进一步地,本文运用熵权法、主因素分析法确定和对比各类不同解释变量(驱动因素)的重要程度。第二,运用系统动力学方法,分析识别得到的驱动因素在中国燃煤发电大气排污中的作用机理,构建中国燃煤大气排污系统动力模型。首先定性分析识别得到的驱动因素在中国燃煤发电大气排污系统中的因果作用关系;然后扩展该因果关系,作中国燃煤大气排污流量、存量图。综合运用计量经济学方法、统计分析法,定量描述流量、存量图中的各变量关系作用逻辑链。再进一步地,通过对比中国燃煤大气排污系统动力模型的仿真结果与实际统计值,该系统动力模型的精准性得到论证。再由该系统动力模型中的变量逻辑关系链,本文提出了中国“十四五”期间燃煤发电大气排污调控策略假设。第三,综合运用系统动力学、运筹学和博弈论方法讨论燃煤发电大气排污调控策略假设的有效性、技术可行性和微观经济合理性问题。运用系统动力模型的仿真功能,讨论分析调控策略在提高发电效率、优化发电结构和减少燃煤发电大气排污量等方面的有效性。运用运筹学方法,将调控策略可能存在的技术可行性问题转化为多目标规划解的存在性问题,通过求解多目标规划解,论证调控策略假设的技术可行性。运用博弈论,将调控策略假设可能存在的微观经济合理性问题转化为博弈策略解的存在性问题,进而探讨这些调控策略假设在相关市场机制背景下的微观经济合理性。第四,运用可计算一般均衡模型,评估调控策略的宏观经济后果。在2015年社会核算矩阵基础上,递推构建描述未来期中国宏观经济的动态可计算一般均衡模型。将由系统动力学模型仿真得到的不同燃煤发电大气排污调控策略的社会经济发展背景和策略实施参数代入动态可计算一般均衡模型,仿真预测“十四五”期间实施调控策略的宏观经济后果,并提出和检验进一步优化策略的效果。以上研究步骤分别对“当前中国燃煤发电大气排污主要驱动因素有哪些”、“相关因素如何在中国燃煤发电大气排污中作用”、“中国燃煤发电大气排污调控策略应以哪些变量为抓手”、“调控策略是否有效、是否可行、是否合理”等问题作出解答。这些问题的主要研究结论列举如下:第一,当前对中国燃煤发电大气排污有着显著影响的社会、经济和技术因素有9个,包括:“人均收入”、“人口”、“发电能耗”、“城市化率”、“电耗强度”、“电气化电气化水平”、“废气治理设施运行费用”、“发电结构”和“用电结构”等。这些驱动因素按对燃煤发电大气排污解释能力的贡献重要性排序,最重要的两个解释变量为“电耗强度”和“电气化电气化水平”;解释能力相对较强的四个变量为“人均收入”、“人口”、“发电能耗”和“城市化率”;解释能力最弱的变量为“废气治理设施运行费用”、“发电结构”和“用电结构”。第二,在对9个燃煤发电大气排污驱动因素的因果关系分析基础上,扩展相关变量数达51个,作出燃煤发电大气排污相关变量的存量、流量关系图,进而构建中国燃煤发电大气排污系统动力模型。模型的检验结果表明,本文所构建的中国燃煤发电大气排污系统动力学模型对现实拟合的精准度较好,能够精确、定量地反映不同因素、变量在中国燃煤发电大气排污中的作用机理。第三,运用中国燃煤发电大气排污系统动力模型综合仿真发现,中国“十四五”期间的用电需求和发电量将快速增长,使得控制燃煤发电量和发电耗煤量面临着严峻形势。在此严峻形势下,结合中国燃煤发电大气排污系统动力模型相关变量逻辑关系链路,优化发电结构、提高发电效率及强化(并鼓励)燃煤发电末端的烟气排放治理技术、装置投入是调控策略的措施路径。具体说,在保持燃煤火电机组改造基础上外生性限制燃煤火电的设备利用小时数是优化发电结构和提高发电效率的重要策略抓手;持续加大脱硫、除尘等烟气治理费用投入,并适时引入碳捕捉与封存(CCS)技术是关键的烟气排放治理措施;维持现有脱硫、除尘环保补贴方式,并增设发电脱碳补贴价格对鼓励相关企业投入烟气排放治理至关重要。第四,本文提出的调控策略是有效的,且具有良好的技术可行性和微观经济合理性。外生性限制燃煤火电的设备利用小时数对优化发电结构和提高发电效率有着显著效果。然而,发电结构优化和效率提高不足以遏制燃煤发电量和发电耗煤量快速增长的趋势。因此,在调控策略情境下,当加大脱硫、除尘等烟气治理费用投入、并引入碳捕捉与封存(CCS)技术,各类污染物排放量较未实施控策略的情境更低,这充分证实了该类调控策略措施的有效性。由不同发电脱碳补贴价格假设对燃煤发电可变成本影响的结果可见,维持现有脱硫、除尘补贴、并提供发电脱碳补贴对抑制燃煤发电可变成本波动是有效的,单位发电脱碳补贴价不宜设定为固定值,而应依据燃煤发电的电量和成本规模综合核算合理的发电脱碳补贴价格。第五,本文所假设的燃煤发电大气排污调控策略有着一定程度负面的宏观经济后果。虽然调控策略对降低CPI是有利的,但对GDP增速提升是不利的,且不利影响相对更为突出,同时大多数工业部门的产出将会减少。深度分析可知,这些负面经济后果产生的主要原因来自于调控策略中强化环保补贴支付额的假设。为了优化调整这一负面经济后果,在一定程度上降低工业部门用电价格可能是一种有效的配套策略。第六,调控策略的强度应与社会、经济、技术的发展程度相匹配。本文假设了两个社会、经济、技术可能的发展程度情境,每个情境下,又分别提出了两个策略子情境。由社会、经济、技术可能的发展程度背景下的调控策略综合评价结果,可为选择合适的调控策略强度提供科学依据。同时,本文所构建的研究方法体系可作为更全面、更多情境的社会、经济、技术的发展程度与调控策略的强度仿真、评价、选择的理论工具。本文在研究中综合运用多学科理论,灵活运用多种工具方法,既对相关理论模型作了改进,也完善和丰富了部分方法的应用,并在模型集合方面作出了积极尝试。因此,本文研究具有一定理论和现实意义。实践表明,这种综合性方法应用可有效弥补单一数理模型工具的功能缺陷。本文研究得到的结论可为决策者根据经济、社会发展背景,合理选择燃煤发电大气排污调控策略提供科学的理论支撑和建议。最后,本文所构建的“识别驱动因素-分析驱动因素机理-仿真策略有效性-论证策略可行性-评估策略的宏观影响”这一思维体系及运用的模型方法可为解决其它类似问题提供理论参考和实践借鉴。
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